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김재경 교수, 수학 통해 암과 생체시계의 핵심 연결고리 발견
〈 이번 연구에 참여한 김재경 교수와 버지니아 공대 연구팀 〉
우리 대학 수리과학과 김재경 교수가 미분방정식을 이용한 수학적 모델링을 통해 생체시계가 암 억제 핵심 물질인 p53을 24시간 주기로 변화시키는 원리를 예측했다.
그리고 김재경 교수의 수학적 모델링은 미국 버지니아 공대 칼라 핀키엘스타인(Carla Finkielstein, 아르헨티나) 교수 연구팀의 실험을 통해 검증돼 생체시계와 암 사이에 중요한 연결고리가 있음이 증명됐다.
이번 연구 결과는 미국의 저명 학술지 미국국립과학원회보(PNAS) 11월 9일자 온라인 판에 게재됐다.
뇌 속의 생체 시계는 우리가 24시간 주기에 맞춰 살 수 있도록 행동과 생리작용을 조절한다. 밤 9시가 되면 뇌 속의 멜라토닌 호르몬이 분비를 유발해 일정 시간에 수면을 취하게 하는 등 세포분열부터 운동 및 학습 능력 등 다양한 생리 작용에 관여한다.
만성적 야근, 교대 근무 등으로 인해 생체 시계와 실제 시간이 충돌해 생체 시계의 교란이 생기면 당뇨, 암, 심장병 등 다양한 질병을 유발할 수 있다.
지난 2014년 김 교수가 버지니아 공대의 칼라 핀키엘스타인 교수 연구팀과 만났을 때 핀키엘스타인 교수 연구팀은 암 억제물질인 p53이 24시간을 주기로 변화함을 관찰했지만 어떤 원리로 생체시계가 p53의 24시간 주기 리듬을 만들어내는지는 알지 못하는 상태였다.
p53이 세포의 조절 시스템 중에서도 매우 복잡한 시스템으로 구성돼 실험만을 통해 원리를 밝혀내기엔 많은 시간과 인력이 소모되기 때문이다.
김 교수는 문제 해결을 위해 수리모델링을 이용한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 수백만 경우의 가상 실험을 실시했다. 시행착오에 기반한 전통적 실험 대신 수리모델을 이용함으로써 비용, 시간, 인력 등을 줄일 수 있었다.
김 교수는 이 과정에서 생체 시계의 핵심 역할을 하는 물질인 Period2 단백질이 p53의 생체리듬과 깊은 관련이 있음을 밝혔다. 세포는 크게 핵과 세포질 두 가지 성분으로 나뉜다. p53은 핵과 세포질에 모두 존재할 수 있는데 이 중 핵 안으로 p53이 들어가면 안정화돼 분해가 느리게 일어난다.
김 교수는 p53 단백질을 핵 안으로 끌고 들어가는 물질이 생체 시계의 핵심 역할을 하는 Period2 단백질임을 예측했다.
이러한 김 교수의 수리모델을 통한 예측들은 핀키엘스타인교수 연구팀에 의해서 실험으로 검증돼 생체시계와 암 사이의 핵심 연결 고리를 발견할 수 있었다.
이번 연구는 p53 단백질을 정상화하는 수많은 항암제들이 투약 시간에 따라 효과가 달라졌던 원인을 규명하고 최적의 항암제 투약 시간을 밝히는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
연구팀은 생체시계가 불안정한 교대 근무 직종 종사자들이 암 발병 확률이 높아지는 원인 규명 및 치료법 개발에 역할을 할 것으로 예상된다고 밝혔다.
김 교수는 “간호사, 경찰 등 교대 근무로 인해 고생하시는 분들이 좀 더 건강한 생활을 할 수 있도록 수학을 통해 조그만 기여를 하게 돼 기쁘다”며 “이번 성과를 통해 우리나라에서 아직은 부족한 생물학과 수학의 교류가 활발해지길 기대한다”고 말했다.
미국 버지니아 공대와 공동으로 진행한 이번 연구는 포스코 청암 재단, 미국과학연구재단, 한국연구재단의 신진연구자 지원 사업 등의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 수학과 실험을 통해서 밝혀진 생체시계의 핵심 단백질 Period2(Per2)와 암 억제 핵심 물질인 p53의 복잡한 상호작용
그림2. 이번 연구에서 사용된 수리모델의 일부
2016.11.10
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김정원 교수, 美 광학회 발행 저널에 초청 리뷰논문 게재
〈 김 정 원 교수 〉
우리 대학 기계항공공학부 김정원 교수가 국내 연구자로는 최초로 ‘어드밴시스 인 옵틱스 앤 포토닉스(AOP : Advances in Optics and Photonics)’ 지의 초청 리뷰논문을 2016년 9월호에 게재했다.
AOP는 미국광학회(Optical Society of America, OSA)에서 발행하는 광학 분야의 가장 권위 있는 리뷰 저널이다. 광학 및 광공학에서 가장 중요하면서 많은 사람들이 관심을 가지는 최신 토픽들에 대해 분야를 대표하는 연구자가 그 분야를 소개하는 심도 있는 초청 리뷰 논문을 싣고 있다.
김 교수의 논문은 최근 각광받고 있는 초저잡음 광섬유 모드잠금된 레이저(ultralow-noise mode-locked fiber laser)와 광주파수빗(optical frequency comb)에 대한 것으로 저잡음 광섬유 레이저의 물리적 원리와 구현 방법, 지난 25년간의 동향, 최신 응용 분야들과 앞으로의 전망을 76페이지에 걸쳐 종합적으로 소개하고 있다.
김 교수 연구팀은 2011년 세계 최초로 100아토초(1경분의 1초)의 타이밍 지터를 가지는 광섬유 레이저를 선보인 것을 비롯해 다양한 종류의 저잡음 광섬유 레이저들을 개발했다. 또한 이를 입자가속기 제어, 저잡음 클럭 발진기 및 마이크로파 발생기, 원격탐지 등의 기초과학 및 공학응용 분야들에 적용하는 연구를 수행 중이다.
창간 8년째인 AOP 지에 국내 최초로 초청 리뷰 논문을 게재한 것은 김 교수가 우리 대학에서 자체적으로 수행한 초저잡음 광섬유 레이저와 각종 초정밀 응용들에 관한 연구가 세계적인 수준으로 인정받음을 의미한다.
김 교수는 “이번 리뷰 논문은 광섬유 레이저와 광주파수빗을 전공하거나 이용하는 대학원생들과 다른 분야 연구자들에게 분야 전체의 개요와 앞으로의 전망에 대하여 소개하여, 이러한 최신 광원들이 보다 폭넓게 활용되는 것을 목표로 했다”고 말했다.
김 교수 연구팀의 박사후 연구원 (2010-2011년)이었고 현재는 중국 천진대에 근무하는 Youjian Song 교수와 공동으로 집필한 이번 리뷰 논문은 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 우주핵심기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
2016.08.30
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박현규 교수 DNA 활성 조절 가능한 스위치 개발
〈 박 현 규 교수 〉
우리 대학 생명화학공학과 박현규 교수 연구팀이 스위치를 켜고 끄듯이 DNA 내부의 핵산중합효소 활성을 조절하는 기술을 개발했다.
이 기술은 수은, 은 등의 금속이온을 스위치로 사용해 DNA 압타머를 조절함으로써 DNA 압타머와 결합돼 있는 핵산중합효소의 활성을 조절하는 원리이다.
이번 연구는 영국왕립화학회가 발행하는 ‘케미컬커뮤니케이션(Chemical communications)’ 4월호에 게재됐고, 중요성을 인정받아 표지 논문으로 선정됐다.
핵산과 금속이온의 상호작용을 이용해 효소 활성을 조절하는 여러 연구들이 수행되고 있다. 하지만 이 연구들은 금속이온에 의해 반응이 진행되고 나면 다시 반응을 되돌릴 수 없어 가역적으로 시스템을 구현해야 하는 분자스위치, 논리게이트 등에 사용이 어렵다는 한계를 갖는다.
핵산중합효소는 핵산의 복제를 돕는 효소로 DNA 압타머와 결합해 있는 상태로는 별다른 역할을 수행할 수 없다. 따라서 특정 외부적 자극을 통해 DNA 압타머를 조절해 핵산중합효소를 활성화시켜야 한다.
연구팀은 문제 해결을 위해 핵산중합효소와 상호작용을 하는 DNA 압타머가 특정 금속이온에 반응하도록 염기서열을 조작했다. 그리고 수은 및 은 등의 금속이온을 도입해 핵산중합효소와 DNA 압타머의 결합을 조절함으로써 중합효소의 활성을 조절 가능하게 만들었다.
연구팀은 이 기술을 기반으로 금속이온에 의해 시스템을 조절할 수 있는 분자 수준의 스위치를 개발했다. 기존 기술의 한계였던 비가역성 문제를 해결해 핵산중합효소의 활성을 가역적으로 조절할 수 있는 것이다.
연구팀은 이를 통해 향후 DNA기반의 분자회로 및 신호전달체계의 원천기술이 될 수 있을 것으로 기대된다고 밝혔다.
박 교수는 “이번 연구에서 개발된 기술은 중합효소 외에 다양한 효소 활성의 가역적 조절에 응용될 수 있다”며 “이를 통해 다양한 분자 스위치의 개발이 가능해질 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부가 시행하는 글로벌프론티어사업(바이오나노헬스가드연구단)과 중견연구자지원사업(도약연구)의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 압타머와 금속이온의 상호작용에 의하 가역적으로 조절되는 중합효소 활성 모식도
2016.05.03
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김주연 클리닉 진료부장, 보건복지부 장관 표창 수상
김주연 클리닉 진료부장(가정의학과 전문의)이 보건복지부가 주최하고 질병관리본부가 주관하는 ‘제5회 결핵예방의 날’ 기념행사에서 보건복지부 장관 표창을 수상한다.
시상식은 3월 24일(화) 오후 서울 세종문화회관 세종홀에서 국회 보건복지위원회 위원들과 문형표 보건복지부 장관, 양병국 질병관리본부장을 비롯한 관계자 300여명 참석한 가운데 열린다.
김주연 진료부장은 2013년 교내에서 결핵이 발생했을 때 질병관리본부 및 유성구 보건소, 교내 감염예방대책위원회와의 유기적인 협력을 통해 결핵 및 잠복 결핵환자를 신속하게 치료하고 환자들을 엄격하게 관리해 결핵환자의 확산방지에 기여한 공로를 인정받았다.
KAIST 클리닉은 닐 파팔라도 메디텍(MEDITEC) 회장의 기부금 250만 달러를 기반으로 2010년 9월 KAIST에 개원한 우리나라 최초의 교육기관 부속의원이다. 올 3월 현재 가정의학과 ․ 스트레스 클리닉 ․ 치과 등 10개 진료과목 운영을 통해 교내 학생 및 교직원에게 의료서비스를 제공 중이다.
매년 3월 24일은 ‘결핵예방의 날’이자 ‘세계 결핵의 날’이다. 1883년 3월 24일 독일의 세균학자 로베르트 코흐(Robert Koch)가 결핵균을 발견한지 100주년이 되던 해인 1982년 결핵예방 및 조기발견을 위해 제정됐으며 올해로 33회째를 맞는다.
우리나라는 2011년부터 결핵예방법(제4조)에 따라 ‘세계 결핵의 날’인 3월 24일을 ‘결핵예방의 날’로 지정해 국민들에게 결핵의 심각성을 알리고 예방의 중요성을 강조하는 등 결핵에 대한 국민인식과 사회적 분위기 조성을 위해 노력해 오고 있다. 끝.
2015.03.23
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제1회 NEREC 핵비확산 국제학회 개최
우리 학교 핵비확산교육연구센터(센터장 : 임만성 원자력및양자공학과 교수)는 7월 31(목)~8월 1일(금) 양일간 서울 쉐라톤그랜드워커힐호텔에서 ‘제1회 NEREC 핵비확산 국제학회’를 개최한다.
KAIST 핵비확산교육연구센터(NEREC, Nonproliferation Education and REsearch Center)가 주최하고 미래창조과학부, 원자력안전위원회, 한국핵정책학회가 지원하는 이번 학회는 국내외 원자력 및 핵비확산 분야 전문가들과 대학(원)생 150여명을 초청해 국제사회의 핵비확산 주요 현안을 논의하고, 과학계의 역할과 핵비확산 문화 등 핵비확산 증진을 위한 대안을 모색한다.
전 세계에 상업적 원자력기술이 확산되면서 핵무기 개발로의 전용이 우려되고, 이를 규제해온 기존의 핵비확산체제는 핵보유국과 핵비보유국 간에 불공정성 문제가 있다. 또 상업적 원자력발전을 추진하는 국가의 정부는 핵비확산에 대한 정치적 의지를 선언하지만 국민은 핵무기를 국력의 상징이나 필수적인 국가안보 수단으로 인식하는 경우가 많다.
‘NEREC 핵비확산 국제학회’는 민간 주도로 개최하는 연례 국제회의로 전 세계적으로 상업적인 원자력기술의 사용이 확대됨에 따라 제기되는 다양한 핵확산의 우려에 대응하고자 핵비확산의 핵심 현안들에 대한 논의를 주도하고 정책 대안을 제시하고자 만들어졌다.
이번 학회에서는 △핵비확산 현안 △핵비확산 증진을 위한 학계와 연구계의 역할 △핵비확산 문화 구축 등 총 3개 세션의 발표와 토론을 통해 국제 핵비확산 동향을 평가하고, 민간 부문의 핵비확산 증진에 기여할 방안을 모색한다. 또 핵확산을 억지하는 문화적 요소와 핵비확산 가치와 신념의 확산을 통한 확산 억제 등 문화적 관점에서 핵비확산에 대한 새로운 접근을 시도한다.
이와 함께 핵비확산교육연구센터의 제1기 하계장학생들의 연구결과 발표회가 특별 세션으로 진행된다. 핵연료주기 개발을 위한 동아시아 지역협력, 원자력 국제협력과 핵투명성과의 상관관계, 국가의 핵비확산 문화 정의, 중국의 고속로 개발에 따른 핵확산 위험 평가 등 세계 원자력계의 최신 비확산 현안들에 대한 대학생들의 참신한 정책 아이디어들을 만날 수 있다.
주요 연사로는 美 하버드대 벨퍼과학국제문제연구센터 국제안보팀장 스티븐 밀러 교수, 스탠포드대 정치과학자이자 국제안보협력센터(CISAC) 선임연구위원인 스콧 세이건 교수, 英 국제전략문제연구소(IISS) 비확산군축팀장 마크 피츠패트릭 연구위원, 국립외교원 전봉근 안보통일연구부장, 세종연구소 이상현 안보전략연구실장, KAIST 원자력및양자공학과 임만성 교수 등 핵비확산 분야 유수의 전문가들이 참여한다.
임만성 센터장은 “우리나라는 2009년 한국형 원전의 UAE 원전수출에 성공함으로써 국제 원자력시장에서 신흥 원자력 공급국으로 급부상했고, 2012년 서울 핵안보정상회의 의장국으로써 국제 핵안보 논의를 주도한 바 있으며, 원자력 기술역량도 세계 최고 수준”이라며 “국제사회는 원자력의 평화적 이용을 위해 우리에게 그에 걸맞는 역할을 기대하고 있고, 책임 있는 원전 공급국으로써 국내외적으로 핵비확산 노력을 지속적으로 기울일 필요가 있다”고 말했다.
2014.07.31
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손상된 DNA의 돌연변이 유발 메커니즘 규명
- DNA 손상을 용인하는 특수 복제효소 Rev1의 조절 메커니즘 밝혀 -- “암 치료 및 예방에 크게 기여할 것” -
우리 학교 화학과 최병석 교수는 생체정보를 저장하는 DNA가 손상돼 회복하고 복제하는 과정에서 돌연변이가 발생하는 메커니즘을 규명했다.
연구결과는 분자세포생물학분야 세계적 학술지 ‘분자세포생물학(Journal of Molecular Cell Biology)’ 6월호 표지논문으로 실렸다.
산업의 급격한 발전으로 현대인들의 유전자는 예전에 비해 훨씬 다양하게 위협받고 있다. 오존층의 파괴로 인해 자외선에 그대로 노출되는 것은 물론 담배연기를 비롯한 수많은 발암물질의 공격은 우리 몸속의 DNA를 손상시킨다.
하루에도 수 만 번 끊임없이 일어나는 DNA의 손상을 효과적으로 회복시켜주지 못하면 암 등 치명적인 질병이 발생한다.
손상된 DNA가 회복반응에 의해 복구되지 않은 상태에서 자기복제가 일어나면 정상적인 복제를 담당하는 폴리머라제는 손상부위에 도달하면 DNA 합성을 정지하게 되고 세포의 죽음을 초래 한다.
인체는 이 같은 비상사태를 맞이해 복제담당 폴리머라제를 잠깐 쉬게 하고 손상된 DNA 부위를 그냥 지나치는 능력이 있는 특수한 복구담당 폴리머라제들을 동원해 손상부위를 통과하고 DNA 합성을 다시 시작한다.
이때 DNA는 많은 오류가 발생돼 심각한 돌연변이를 유발시킨다. 즉, 열악한 상황에 놓인 세포가 복제를 진행하지 못해 죽음을 맞기 보다는 생존을 위해 매우 부정확한 DNA 복제일지라도 선수를 교체하면서까지 복제를 진행하게 된다.
지금까지 학계에서는 Rev1 단백질이 이러한 과정을 조절할 것이라고 추정해 왔지만 그 구조와 기능은 명확하게 밝혀내지 못했다.
연구팀은 핵자기공명 분광법(NMR)과 X-ray를 이용해 DNA 복제과정에서 중추적인 역할을 하는 단백질(Polκ과 Rev1, Rev1과 Rev3/Rev7) 각각의 복합구조를 밝혀냈다.
이를 통해 ▲DNA가 손상 시 돌연변이가 유발되는 메커니즘 ▲DNA 복제효소간의 상호작용 ▲손상부위를 통과한 합성된 DNA가 더 연장되는 메커니즘을 분자수준에서 규명했다.
암의 직접적인 발병 원인이 DNA의 손상인 만큼 이에 대한 메커니즘을 밝혀내고 응용하면 개인별로 암의 원인을 제거할 수 있어 부작용 없는 맞춤형 항암제를 개발할 수 있을 것으로 전망된다.
최병석 교수는 이번 연구에 대해 “판코니 빈혈 환자들에게 암이 많이 발생되는 문제를 조사해보니 DNA복제 시 회복 기능이 고장 나 있더라”며 “손상된 DNA의 회복과 복제 과정에 대한 메커니즘 규명을 통해 암을 예방하고 치료하는데 크게 기여할 것”이라고 말했다.
이번 연구는 KAIST 화학과 최병석 교수와 류디난 박사의 주도로 수행됐고, KAIST 화학과 이지오 교수, 고준상 박사, 임경은 박사과정, 기초과학지원연구원 류경석 박사와 황정미 박사가 참여했다.
그림1. Polκ/Rev1/Rev7/Rev3 단백질 복합체 구조
그림2. Rev1, Polκ와 Rev7와 Rev3를 상호형질 주입된 세포의 공초점 현미경 영상
그림3. 논문표지
2013.06.03
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금 나노선 세포 주사기 개발
- 유전자를 세포 핵 안으로 직접, 원하는 순간에, 원하는 양만큼만 정교하게 전달-
우리 학교 연구팀이 금 나노선을 이용해 유전자를 살아있는 세포의 핵에 직접 전달할 수 있는 나노 주사기를 개발했다.
우리 학교 화학과 김봉수 교수와 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 공동 연구팀이 단결정 금 나노선에 유전자를 부착해 세포의 핵에 정교하게 찌른 후 전기 신호로 유전자를 전달하고 유전형질을 발현시키는데 성공했다.
연구결과는 나노 분야 세계적 권위지인 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 5월 2일자 온라인 판에 게재됐다.
인체는 약 100조 개의 세포로 이뤄진 대단히 복잡한 시스템이다. 각각의 세포는 주변 세포와 유기적으로 신호를 교환함으로써 인간의 고차원 생명활동을 수행한다. 생명현상을 이해하기 위한 첫 단계는 하나의 세포에서 일어나는 현상 및 세포 간의 신호 전달을 정확하게 밝혀내는 것이며, 이는 생물학, 바이오 연료전지, 신약 개발 분야 등에서 매우 중요하다.
단일 세포에 생활성(bioactive) 분자를 선택적으로 전달하는 기술은 세포 내 생체현상을 세밀히 규명하고 질병 치료법을 개발하는데 필수적이다. 세포에 주사기를 꽂고 물질을 전달할 때 세포를 다치지 않게 하는 것이 무엇보다도 중요한데 이를 위해 다양한 나노소재를 이용한 전달 방법이 연구되고 있다.
연구팀은 직경이 100나노미터 정도로 매우 가는 금 나노선에 DNA를 붙이고 이를 정확하게 세포핵에 찌른 후 외부에서 전기 신호를 보내 원하는 만큼의 유전자를 정확히 전달하는 나노주사기를 개발했다.
금 나노선 주사기로 DNA를 세포 핵 안으로 제대로 전달하면 세포는 DNA로부터 정보를 받아 단백질을 만들어낸다. 연구팀은 녹색 형광을 내는 단백질을 만드는 DNA를 세포 핵 안으로 전달한 뒤 세포에서 녹색 형광이 나오는 것을 관찰함으로써 DNA가 성공적으로 전달된 것을 확인했다.
금 나노선 나노주사기는 지금까지 보고된 DNA 전달 주사기 중 가장 가늘어서 세포에 상처를 전혀 주지 않고도 핵 안에 정교하게 삽입할 수 있다. 이 주사기를 이용하면 DNA를 세포의 핵 안으로 직접 정확히 전달함으로써 전달 효율을 크게 높일 수 있고 매우 정교한 유전물질 조절이 가능하다.
김봉수 교수는 이번에 개발한 금 나노선 주사기에 대해 “이 주사기는 세포 내부의 원하는 위치에, 원하는 시간에, 원하는 양만큼 유전 물질이나 단백질 등을 정교하게 전달해 원하는 대로 유전현상 및 세포현상을 조절 및 연구하는데 대단히 유용하다”며 “특히, 유전자 치료요법, 표적형 약물 전달 개발, 세포 내 신호전달의 연구에서 선도적 역할을 할 수 있을 것”이라고 말했다.
한편, KAIST 화학과 김봉수 교수와 이상엽 교수가 공동으로 주도한 이번 연구는 강미정 박사과정 학생과 유승민 박사가 참여했다.
2013.05.15
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초고속 무선 전송할 수 있는 저전력 RF 단일칩 개발
박철순 교수
- 40mW 이하 저전력으로 WiFi(무선랜)보다 50배 빠른 초당 10.7기가비트로 전송
- 케이블 연결 또는 파일 전송 없이 HD영상 화면을 바로 전송, 보안에서도 강점
저전력으로 WiFi(무선랜)보다 50배 빠른 속도로 데이터를 전송할 수 있으며, 안테나를 포함하여 소형으로 제작 가능한 송ㆍ수신 일체형 무선칩이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 연구진은 이를 이용하여 스마트폰에 저장된 Full HD급 1080p* 동영상을 압축과정을 거치지 않고 대용량 데이터 상태로 케이블 없이 무선으로 HDTV로 직접 송신하는 데 성공했다.
* 1080p : HDTV에서 1920x1080 크기의 화면을 1초에 60번 보여주는 고화질 영상
개발된 칩은 60GHz*(기가헤르츠) 대역에서 초당 10Gb*(기가비트)의 데이터를 전송할 수 있는 고속 무선 송ㆍ수신 RF칩*으로서 소형이면서도 전력을 적게 소모하도록 설계됐다. 따라서 동 칩을 활용하여 스마트폰이나 노트북 등 휴대기기에 담긴 Full HD급 고화질 동영상을 별도의 전용케이블 없이 HDTV 또는 빔 프로젝터 등으로 크게 볼 수 있을 것으로 전망된다.
* 60GHz 대역 : 1번 진동의 길이가 5mm이며, 1초에 600억 번 진동하는 초고주파 신호. 무선 신호이지만 특성은 광 신호와 유사하며, 별도 허가없이 자유롭게 사용가능한 ISM밴드 대역으로 7GHz의 대역폭(Bandwidth)이 사용가능함
* 10Gb/s : 1초에 100억 비트를 전송하는 속도로서 DVD 고화질 영화(4.7GB)를 3.76초 만에 보낼 수 있는 속도, 반면 WiFi는 3분 8초, 블루투스는 208분이 소요
* RF칩 : 초고주파 신호를 처리하는 회로를 집적화한 소자, 버스카드 등에 내장된 RFID가 대표적임. 개발된 RF칩은 디지털 회로 구현에 사용되는 CMOS 집적 기술로 구현
동 연구는 한국과학기술원(KAIST) 지능형RF연구센터(센터장 박철순)에서 수행되었으며, 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 선도연구센터지원사업의 지원(’05~)을 받아왔다.
고화질 동영상의 실시간 전송을 위한 방법들이 많이 연구되어 왔지만 기존 WiFi망에서 고화질 동영상을 전송하기 위해서는 전송속도의 한계로 데이터 크기를 줄이는 압축과정이 반드시 필요했다.
그러나 압축 및 압축해제 과정에서 데이터의 부분적 손실이나 왜곡으로 인한 화질 열화현상이 일어날 수 있고 압축 처리시간에 따른 송ㆍ수신 지연으로 완벽한 실시간 전송이 어렵다는 점이 한계였다.
특히 실시간 전송은 차량운행이나 의료현장에서 중요하다. 카메라 센서를 이용한 충돌방지 시스템에서 차선이탈이나 전방사고 상황을 실시간으로 전송하지 못하고 지연이 발생하면 운전자의 제동시간이 그만큼 늦춰질 수 있기 때문이다. 의사들이 화상을 보면서 로봇 팔로 외과 시술을 하는 경우에도 같은 상황이다.
이러한 단점이 있는 압축 및 압축해제 과정을 생략하기 위해서는 적어도 3Gb/s(초당 30억 비트) 이상의 전송속도를 확보하는 것이 관건이었다.
KAIST 지능형RF연구센터가 이번에 개발한 60GHz 송ㆍ수신 칩은 10.7Gb/s 속도로 전송이 가능하며, 이는 기존의 WiFi 속도 200Mb/s(초당 2억비트)의 50배에 이르는 것으로, 압축 없이도 실시간으로 HD영상을 전송할 수 있는 속도에 해당한다.
따라서, 압축 및 압축해제 처리 과정에서 발생할 수 있는 화상 데이터의 부분적 손실 및 왜곡을 해결하고, 송ㆍ수신 지연 없는 완벽한 실시간 전송을 지원할 수 있을 것으로 기대된다.
나아가 연구팀이 개발한 송ㆍ수신칩은 OOK(On-Off Keying) 변조방식*을 이용하여 소모전력을 낮추었으며, CMOS 방식으로 송신기와 수신기를 하나의 칩에 구현하였다. 전력소모와 기기크기의 최소화를 통해 이동기기에 적용될 수 있도록 설계했다.
* OOK(On-Off Keying) 변조방식 : 반송파의 유무에 의해 디지털 데이터 1과 0을 표시하는 변조방식
저전력으로 동작하는 CMOS를 이용하고, 전류를 여러 회로에 재사용하거나 신호가 1일 때만 주파수원이 작동하도록 하는 방식으로 송신시 31mW, 수신시 36mW 등 전력소모를 대폭 줄였다.
이는 블루투스 동작시와 비슷하나 2.4 GHz 무선랜에 비해서는 10배 가량 적은 수준이다. 특히 실리콘이미지(Silicon Image), 아이비엠(IBM), 소니(Sony) 등이 개발한 무선칩에 비해서는 최소 3배 이상 적은 전력소모로 동작한다는 설명이다.
또한 통상 송신과 수신을 위해 별도 안테나를 사용하는 것과 달리 하나의 안테나를 사용하여 크기를 줄인 것도 특징이다. 가로, 세로, 높이 1㎜ 남짓한 칩에 4~5㎜ 크기의 단일안테나를 사용하여 휴대성이 중요한 모바일기기에 적합하도록 설계한 것이다.
연구팀은 향후 스마트폰 및 카메라ㆍ캠코더로 촬영한 고화질 영상을 저장장치 또는 HDTV 등 디스플레이 장치로 전송하거나, 스마트폰을 사용하여 키오스크(Kiosk), PC 등으로부터 단시간에 대용량의 멀티미디어, 게임 프로그램, 소프트웨어를 주고받는 등의 새로운 서비스 창출이 가능할 것으로 내다보고 있다.
연구팀은 2005년부터 동 분야에 대해 계속 연구해왔으며 국제특허 10건, 국내특허 8건을 출원하고 SCI 논문 22편을 발표하였다.
박 교수는 “3D, 고화질 동영상 전송을 중심으로 확산되는 스마트폰 시장에서 한국의 경쟁력을 높일 있는 핵심기술”이라면서 “기존 HDTV 등의 케이블 연결선을 대체할 수 있어 스마트폰 이외에도 디지털TV, 이동단말기, 카메라 및 캠코더 등 관련시장에서 활용될 수 있고 국제컨벤션산업 등과 연계하여 새로운 시장을 창출할 수 있을 것”이라고 전망했다.
2013.03.12
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윤태성 칼럼 경제민주화의 핵심은 서비스 혁신
윤태성 교수
우리 학교 기술경영전문대학원 윤태성 교수가
매일경제 2012년 12월 8일(토)자 칼럼을 실었다.
제목: 경제민주화의 핵심은 서비스 혁신
신문: 매일경제
저자: 윤태성 교수
일시: 2012년 12월 8일(토)
기사보기 : 경제민주화의 핵심은 서비스 혁신
2012.12.08
조회수 5956
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제17차 국제 상온핵융합 학술회의 개최
- 10~17일 대전 컨벤션센터에서 전 세계 전문가 및 검증단 참가 -- “상온핵융합 실현되면 엄청난 변화 가져올 것” -
만약 실현된다면 인류가 에너지 문제를 완전히 해결할 수 있는 ‘상온핵융합’ 관련 국제 학술회의가 대전서 열린다.
제17차 국제 상온핵융합 학술회의(조직위원장 KAIST 생명화학공학과 박선원 교수)가 오는 10일부터 17일까지 대전 컨벤션센터에서 개최된다.
핵융합은 연료로 쓰일 중수소가 우라늄보다 값이 싸고, 무한정하고, 폐기물 문제도 적을 것으로 예상돼 1952년 수소폭탄실험이 성공한 후 활발히 연구되고 있다.
핵융합은 태양과 같은 항성에서 일어나는 반응으로 1억도 이상의 초고온 플라즈마 상태에서 발생한다. 이 상태에서 수소와 같은 가벼운 원자핵이 융합해 무거운 헬륨 원자핵으로 바뀌는 핵융합반응이 일어나면서 많은 에너지가 나온다.
반면 초고온 상태에서 발생하는 고온핵융합과는 달리, 상온핵융합(저에너지핵반응)은 실내 온도에서 핵융합이 일어나는 것이다. 지난 1989년 3월 미국 유타대학 연구팀이 중수 전기분해 실험을 하던 중 이론적으로 설명할 수 없는 과잉에너지가 발생하는 것을 관찰해 그 가능성이 세상에 처음으로 알려졌다.
그러나 실험결과가 발표된 이래 미국 에너지성이 상온핵융합의 가능성에 대해 두 번이나 부정적인 결론을 내리는 등 20여 년간 학계에서 외면 받아왔다.
여전히 주류 학계에서는 이론과 실험결과를 인정하지 않지만 가능성을 믿고 있는 소수 과학자들은 개발에 성공하면 인류의 발전에 엄청난 파급효과가 예상돼 연구를 지속해 왔다.
꾸준히 상온핵융합을 연구해 온 전 세계 과학자들은 잉여에너지 발생, 원소변환, 핵입자 및 방사능 검출 등 핵반응에서만 가능한 많은 데이터를 축적하며 매년 학술회의를 개최해 왔다.
상온핵융합 관련해 처음으로 국내에서 열리는 이번 학술대회에서는 ▲25명의 전문가 초청강연을 포함한 90여 편의 논문이 발표되고 ▲상온핵융합반응을 입증하는 여러 가지 실험결과 발표 ▲제안된 여러 이론들에 대한 발표와 토론 ▲기업들의 저온핵융합기술의 상용화에 관한 발표 ▲패널토론 등이 진행된다.
이와 함께 산학연 관계자들이 참석한 가운데 미국 MIT에서 시도된 과잉에너지 발생실험 시연에 대한 발표 및 이탈리아 셀라니(Celani) 교수의 과잉열발생 실험에 대한 시연이 펼쳐져 기술 검증을 하는 기회도 갖는다.
박선원 조직위원장은 “상온핵융합은 실현 불가능한 것으로 알려져 있지만 그동안 발표된 실험결과들은 기존 이론으로는 설명할 수 없는 이상 현상이 존재한다는 것을 보여준다”며 “이것이 상온핵반응에 의한 것으로 확인된다면 엄청난 에너지원을 얻을 수 있을 것”이라고 말했다.
또 “상온핵융합관련 여러 가지 연구 중 하나라도 성공한다면 우리가 상상하지도 못하는 많은 변화를 가져올 것”이라며 “이번 학술회의에 국내 산학연 연구자들이 많이 참여해 기술을 검증하는 기회로 삼기를 바란다”고 말했다.
행사에 대한 자세한 사항은 http://www.iccf17.org를 방문하면 확인 가능하고, 참석을 원하는 산학연 연구자는 홈페이지에서 신청을 하면 된다.
2012.08.02
조회수 9321
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CT대학원, 뉴질랜드에 유급 학생인턴 파견 화제
- 작년에 이어 올 여름에도 1명 3개월 파견 예정
- 웨타에서는 주급 160만원씩, 왕복항공료, 호텔 숙박비등 비용 전액 부담
3개월간 해외에 나가 첨단 선진기술도 배우면서 게다가 약 2천만 원의 급여까지 받는 학생인턴이 있다면? 물론 KAIST에는 있다.
우리학교 문화기술대학원(원장 신성용)이 작년에 이어 올 여름에도 뉴질랜드 웨타 디지털(WETA Digital)에 고액의 유급 학생인턴을 파견한다. 웨타 디지털은 영화 ‘반지의 제왕’, ‘킹콩’, ‘아바타’ 등의 작품제작으로 잘 알려진 세계적인 컴퓨터그래픽(CG) 특수효과 전문회사이자 3D 제작기업이다.
우리학교는 작년에 이어 올 여름에도 문화기술대학원 비주얼 미디어 랩(Visual Media Lab) 소속의 설영호 학생(박사과정)을 웨타 디지털에 유급 학생인턴으로 파견한다.
문화기술대학원은 과학기술을 기반으로 문화예술과 경영 등 인문사회학의 융합교육을 통해 창의적 핵심인재 양성을 목적으로 KAIST가 문화체육관광부의 지원을 받아 지난 2005년 9월 개원한 국내 최초의 융합기술 전문대학원이다. 문화기술대학원은 그동안 124명의 석사를 배출했는데 특히 지난 11일 열린 2011년도 학위수여식에서는 3명의 박사를 첫 배출했다.
우리나라 출신의 전문 아티스트들이 뛰어난 손 기술을 바탕으로 미국 할리우드의 메이저 회사에서 일하는 경우는 종종 있었지만 최고의 논문을 발표한 박사들도 들어가기 힘든 CG분야 세계 최정상급 회사인 웨타 디지털의 핵심 R&D부서에 유급으로 학생인턴 연구원이 파견되는 것은 극히 이례적인 일이라고 KAIST는 강조했다.
KAIST는 또 당초 웨타 디지털측에서 매 분기마다 학생인턴을 정기적으로 파견해줄 것을 요청했지만 학사일정을 고려해 매년 여름방학 기간을 이용, 1명씩 파견하는 것으로 합의하고 1차로 작년 6월 비주얼 미디어 랩 소속 서재우 학생(박사과정)을 파견한 바 있다고 설명했다.
웨타 디지털에 파견된 KAIST 학생인턴은 통상 여름방학(6월~8월) 동안 뉴질랜드에 머물며 웨타 디지털의 기술개발에 직접 참여한다.
대신 웨타 측에서는 학생에게 왕복항공료, 체류기간동안의 호텔 숙식비는 물론 주당 50시간 기준으로 1,800NZD(주급 150~160만원)의 임금을 지급하되 60시간 이상 일할 경우에는 1.5배의 가산율을 적용한 임금을 추가로 지급한다.
KAIST가 웨타 디지털에 학생인턴을 파견하게 된 계기는 웨타측 기술진이 우연히 문화기술대학원 비주얼 미디어 랩의 홈페이지를 방문하면서 이뤄졌다.
비주얼 미디어 랩은 ‘나니아 연대기’, ‘수퍼맨 리턴즈’ 등 여러 편의 할리우드 대작의 영상특수효과 개발에 참여한 경력의 소유자인 노준용 교수가 2006년 9월 문화기술대학원 교수로 부임하면서 컴퓨터 애니메이션은 물론 영화 특수효과제작에 필요한 CG기술을 중점적으로 연구, 개발해오고 있다.
특히 이 랩은 산학협력을 위해 캐릭터 애니메이션을 비롯해 유체 시뮬레이션, 입체영상 생성 등 현장에서 필요한 CG관련 기술개발 성과물을 랩 홈페이지(http://vml.kaist.ac.kr)를 통해 공개 중이다.
그런데 웨타측 기술진이 2009년 우연히 랩 홈페이지를 방문, 그동안의 연구성과에 큰 관심을 표명한 후 ‘얼굴 애니메이션’ 기술을 포함한 CG 아티스트의 작업능률을 향상시키는 연구 등을 공동으로 수행하자고 제안해왔고 연구결과가 가시적인 성과로 나타나면서 자연스럽게 학생인턴 파견 제안으로 이어졌다.
노준용 비주얼 미디업 랩 책임교수는 “웨타 디지털과의 공동연구는 물론 학생인턴 파견은 비주얼 미디어 랩의 기술력이 세계적으로 인정받았음을 의미하는 것”이라고 강조했다.
노 교수는 이와 함께 “국가적으로는 CG분야 세계 최고인 회사와의 교류를 통해 한국의 수준 높은 기술력을 알리고 동시에 선진 CG관련 기술을 흡수하는 좋은 계기가 되고 있다”며 “앞으로 드림웍스, 리듬앤 휴즈 스튜디오와 같은 선진기업들과의 인턴십 교류도 활성화할 방침”이라고 말했다. (끝)
2011.02.23
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인공 광합성 핵심기술 구현
- 메탄, 메탄올 등 친환경적인 석유 연료 및 꿈의 자원인 수소 생산 길 열어
- 에너지 환경 분야 저명 학술지 ‘ Energy & Environmental Science’ 1월호 온라인 판 게재
우리학교 강정구 교수 연구팀은 이중금속으로 구성된 다전자 광촉매 물질을 합성해 인공광합성 기술을 구현하는 데 성공했다.
이 연구결과는 에너지 환경분야의 저명한 학술지인 ‘에너지 앤 인바이런먼털 사이언스(Energy and Environmental Science)’지 온라인 판(Advance Article)에 지난 8일 게재됐다.
인공광합성 구현의 핵심기술은 물로 태양에너지의 대부분을 차지하고 있는 가시광 영역에서 효율적으로 양성자를 발생시키는 기술을 확보하는 것이다.
이 양성자는 지구 온난화의 주범인 이산화탄소와 반응해 메탄, 메탄올 등 친환경적인 석유연료를 만들 수 있다. 또한, 이 양성자 자체를 결합해 인류의 꿈의 자원인 수소 등을 효율적으로 생산할 수 있다.
기존의 다양한 광촉매 소재들은 태양에너지의 일부영역인 자외선 영역과 고가의 백금 조촉매를 사용할 경우에만 물로부터 양성자를 생성시키는 것이 가능했다. 그러나 태양광 중에서 가장 풍부한 가시광 영역에서는 거의 양성자를 생성할 수 없는 한계를 갖고 있었다.
강 교수팀은 타이테니늄 원자를 저가 산화물인 니켈 옥사이드 층상 구조에 니켈을 일부 치환시켜 이중금속으로 구성된 다전자 광촉매 물질을 합성하는 데 성공했다.
또한, 이중금속 다전자 층상 구조는 가시광 영역의 빛을 흡수할 수 있는 이종 금속의 한쪽 금속 전자가 기저상태에서 인접한 산소와 결합하고 있는 다른 쪽의 금속에 터널링을 통해서 전자 이동이 비가역적으로 이뤄져 가시광 태양빛을 효율적으로 흡수할 수 있다는 것을 확인했다.
이중금속 물산화 광촉매 물질은 태양광의 대부분을 차지하는 가시광 영역에서 효율적으로 물을 산화해 산소가 발생하는 것을 확인했다. 이를 통해 물로부터 산소 발생 후 물에는 양성자가 생성되게 된다.
이번 연구결과는 광반응에서 생성된 양성자와 지구온난화 등의 문제가 되는 이산화탄소와의 추가적인 광반응을 통해 메탄, 메탄올 등의 청정연료로 변환하는 기술로도 응용이 가능하다.
강 교수는 “이중금속 조합에 따른 전자구조의 디자인을 통해, 태양광 하에서 수소와 같은 청정에너지를 생산하는 기술로도 활용이 기대 된다”며“녹색성장의 기반 기술로 응용이 가능할 것으로 전망되어 궁극적으로는 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 저감 시킬 뿐만 아니라 자원화 해 석유 자원을 대체할 수 있는 길을 열어 놓았다는 데 큰 의의가 있다”고 밝혔다.
2011.01.19
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